基于故障树分析法的某型航空电子装备故障诊断方法研究

赵锋+景建方

摘 要：为了解决以微机芯片单元为核心的系统故障诊断问题，文章提出了基于输入输出型故障树的故障诊断方法。按照功能模块划分系统，单独引出关键元器件，从故障树事件层间引出关键节点，经实际应用证明，该方法提高了某型航空电子装备故障诊断的速度和精度。

关键词：MCU单元；故障诊断；输入输出型故障树；关键节点

中图分类号：V241 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）35-0096-02

引言

随着我军装备更新换代，装备的智能化、集成化程度越来越高，故障诊断的难度却没有降低。以某型航空电子装备故障诊断为例，该型装备是以微机芯片为控制核心的复杂系统。虽然系统整体可靠性比以前分立式电路组成的系统更高，但是微机芯片外围电路的可靠性与微机芯片相比仍有差距，这已经成为影响系统整体可靠性继续提升的关键因素，同时外围电路也是故障多发点。据相关数据统计表明，外围电路故障约占装备总故障数的95%。目前在该型装备维修过程中，技术人员应用故障树模型进行故障诊断。

1 基于故障树模型的故障诊断概述

故障树分析法是基于故障树模型的一种分析系统可靠性和安全性的方法。使用该方法不但可以进行故障分析，还可以计算、分析单元可靠度对系统的影响。以便设计人员查找薄弱环节并采取改进措施，优化系统设计[1]。

近年来，技术人员开始研究如何利用故障树模型搜索故障源。基于故障树模型的故障诊断就是将故障原因自上而下逐层分解，从整体到局部逐步细化，对系统进行故障分析和可靠性评价的方法。它可以清楚地分析故障的产生以及传播过程，为装备故障定位提供了一种有效的方法。图1为某型航空电子装备发射电路部分原理图。MCU单元（以微机芯片为核心组成的运算和控制电路）处理输入输出信号之间的关系，是整个电路的控制核心。

2 建立故障树模型

不同的故障树模型表征不同的系统特征，其中有的适合故障诊断，有的适合可靠性分析。为了完成特定任务需要建立相应的故障树模型，首先对系统进行划分，一般有两种常用的方法：按功能模块划分和按照结构特征划分。下面开始按照故障树分析法建立图1所示电路的故障树模型，发射电路故障是最不希望发生的，我们将其选取为顶事件，将划分好的输入输出功能模块选取为底事件。将顶事件从上到下分割为输入故障、输出故障和MCU单元内部故障三个中间事件，再将中间事件分割为各个底事件，故障树模型如图2所示，我们将其定义为输入输出型故障树。以MCU单元为核心的系统具有相似性，组成结构上一般可划分为MCU单元、输入输出电路和最小系统电路，并且MCU单元完成了系统的大部分运算和控制。按照这样的故障树建立方法可以对类似系统建立故障树模型。

图2体现了两重逻辑关系：故障传播的层次和父子节点间的因果关系，诊断对象结构、功能和行为的因果关系。深入的说，从任意一个子节点到对应的父节点组成一条正向因果链，从任意底事件节点到顶事件节点组成一条完整正向因果链。底事件的简单组合形成了这型故障树的最小割集。因此当故障树建立之后，如果各个底事件的故障概率已知，就可以用故障树分析法对整个系统进行可靠性分析[2]。本文主要应用这种输入输出型故障树进行故障诊断。

3 关键节点检测方法

如果需要考虑系统每一个元器件的影响，底事件须选取组成电路的各个基本元器件故障，按照上述故障树建立方法将建立一个庞杂的故障树。理论上不但可以对系统可靠性做定性分析，还可以做定量分析。但是这样建立起来的故障树，不但整体规模异常庞大，而且底层元器件复杂多样，将会对技术人员和计算机程序造成很大的困扰。因此，我们一般按照功能模块划分系统，这样可以大大缩小系统故障树的规模，还可以满足一般系统对故障诊断精度的要求，便于对系统进行故障诊断和可靠性分析[3]。故障树的复杂度和故障诊断精度是对立统一的，在确保系统故障诊断精度的前提下，可以合理调整系统故障树的规模。

如果采用黑箱问题的研究思路，把待故障诊断的系统看成一個黑箱，就可以把黑箱问题的模式识别方法引进来。为了提高模式识别效率和准确度，需要从黑箱内部引出若干重要检测点。我们从系统内部引出功能模块和关键元器件的检测点作为关键节点，如图3所示。这种按照功能模块划分系统，引进关键元器件的选取方法，不但可以缩小庞杂的故障树，还把关键元器件纳入进来，大大提高了故障诊断效能。

4 故障诊断方法

利用故障树进行故障诊断的先决条件是选择顶事件或者明显的故障节点作为切入点。如果MCU单元不能有效地容错控制输入分支故障，就会扰乱输出分支使其产生多样性故障，使系统产生故障报警。遇到较大规模的系统时，技术人员难以有效地分析处理大量的故障报警和查询系统故障，各种组合报警状态使得故障遍历更加困难。经验丰富的技术人员可以根据系统各部分不同的故障报警和故障表现判断系统故障，但是这种判断方法过于依赖技术人员的经验，理论指导性不强。因此，测试较大规模系统的故障位置必须进行严密的逻辑推理，图4所示的输入输出型的故障树就是一种合适的逻辑推理方法。

搜寻单一故障时，首先判断输入分支是否有故障，如果输入分支有故障，就按照故障树的输入分支层次由上到下遍历故障，直至找到故障底事件。如果输入分支没有故障，就按照同样的推理方法遍历输出分支故障，直至找到故障底事件。在搜寻多故障，即输入输出分支同时发生故障时，这种推理方法需要进行二次搜寻，先确定并纠正输入分支故障后，再确定输出分支故障。这种推理方法的一个优势在于系统同时发生大量故障时，故障搜寻次数也只要两次。

5 结束语

航空电子装备的故障诊断方法有很多种，基于故障树模型的故障诊断方法具备基于经验基础和定量模型进行故障诊断两者的优点。利用输入输出型故障树在故障诊断方面的优势，可以比较容易地对以MCU单元为核心的系统进行故障诊断，既保证了故障诊断精度，又简化了故障搜寻过程。这种逻辑推理方法已经广泛应用于某型航空电子装备故障诊断和定位过程中，并且取得了良好的实际效果，产生了一定的经济价值和军事价值。

参考文献：

[1]韩兆福，葛银茂，程江涛，等.故障树分析法在某型飞机火控系统故障诊断中的应用[J].中国测试技术，2006，32（3）：39-41.

[2]朱芳仪.故障树分析法在工控故障诊断中的应用[J].现代电子技术，2012，35（8）：104-106.

[3]黄文虎，夏松波，刘瑞岩.设备故障诊断原理、技术及应用[M].北京：科学出版社，1996.

[4]于卓.船舶主机系统故障诊断中故障树分析法的应用研究[J].科技创新与应用，2017（03）：156.endprint